{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# 文件\n",
    "\n",
    "## 目标\n",
    "\n",
    "* 文件的概念\n",
    "* 文件的基本操作\n",
    "* 文件/文件夹的常用操作\n",
    "* 文本文件的编码方式\n",
    "\n",
    "## 01. 文件的概念\n",
    "\n",
    "### 1.1 文件的概念和作用\n",
    "\n",
    "* 计算机的 **文件**，就是存储在某种 **长期储存设备** 上的一段 **数据**\n",
    "* 长期存储设备包括：硬盘、U 盘、移动硬盘、光盘...\n",
    "\n",
    "**文件的作用**\n",
    "\n",
    "将数据长期保存下来，在需要的时候使用\n",
    "\n",
    "| CPU | 内存 | 硬盘 |\n",
    "| :---: | :---: | :---: |\n",
    "| ![CPU-w200](./res/%E7%A1%AC%E7%9B%98.jpg)|\n",
    "\n",
    "### 1.2 文件的存储方式\n",
    "\n",
    "* 在计算机中，文件是以 **二进制** 的方式保存在磁盘上的\n",
    "\n",
    "#### 文本文件和二进制文件\n",
    "\n",
    "* 文本文件\n",
    "    * 可以使用 **文本编辑软件** 查看\n",
    "    * 本质上还是二进制文件\n",
    "    * 例如：python 的源程序\n",
    "    \n",
    "* 二进制文件\n",
    "    * 保存的内容 不是给人直接阅读的，而是 **提供给其他软件使用的**\n",
    "    * 例如：图片文件、音频文件、视频文件等等\n",
    "    * 二进制文件不能使用 **文本编辑软件** 查看\n",
    "\n",
    "## 02. 文件的基本操作\n",
    "\n",
    "### 2.1 操作文件的套路\n",
    "\n",
    "在 **计算机** 中要操作文件的套路非常固定，一共包含**三个步骤**：\n",
    "\n",
    "1. 打开文件\n",
    "2. 读、写文件\n",
    "    * **读** 将文件内容读入内存\n",
    "    * **写** 将内存内容写入文件\n",
    "3. 关闭文件\n",
    "\n",
    "### 2.2 操作文件的函数/方法\n",
    "\n",
    "* 在 `Python` 中要操作文件需要记住 1 个函数和 3 个方法\n",
    "\n",
    "| 序号 | 函数/方法 | 说明 |\n",
    "| --- | --- | --- |\n",
    "| 01 | open | 打开文件，并且返回文件操作对象 |\n",
    "| 02 | read | 将文件内容读取到内存 |\n",
    "| 03 | write | 将指定内容写入文件 |\n",
    "| 04 | close | 关闭文件 |\n",
    "\n",
    "* `open` 函数负责打开文件，并且返回文件对象\n",
    "* `read`/`write`/`close` 三个方法都需要通过 **文件对象** 来调用\n",
    "\n",
    "### 2.3 read 方法 —— 读取文件\n",
    "\n",
    "* `open` 函数的第一个参数是要打开的文件名（文件名区分大小写）\n",
    "    * 如果文件 **存在**，返回 **文件操作对象**\n",
    "    * 如果文件 **不存在**，会 **抛出异常**\n",
    "* `read` 方法可以一次性 **读入** 并 **返回** 文件的 **所有内容**\n",
    "* `close` 方法负责 **关闭文件**\n",
    "    * 如果 **忘记关闭文件**，**会造成系统资源消耗，而且会影响到后续对文件的访问**\n",
    "* **注意**：`read` 方法执行后，会把 **文件指针** 移动到 **文件的末尾**\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 3,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "# 1. 打开 - 文件名需要注意大小写\n",
    "file = open(\"README\")\n",
    "\n",
    "# 2. 读取\n",
    "text = file.read()\n",
    "print(text)\n",
    "\n",
    "# 3. 关闭\n",
    "file.close()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**提示**\n",
    "\n",
    "* 在开发中，通常会先编写 **打开** 和 **关闭** 的代码，再编写中间针对文件的 **读/写** 操作！\n",
    "\n",
    "#### 文件指针（知道）\n",
    "\n",
    "* **文件指针** 标记 **从哪个位置开始读取数据**\n",
    "* **第一次打开** 文件时，通常 **文件指针会指向文件的开始位置**\n",
    "* 当执行了 `read` 方法后，**文件指针** 会移动到 **读取内容的末尾**\n",
    "    * 默认情况下会移动到 **文件末尾**\n",
    "\n",
    "**思考**\n",
    "\n",
    "* 如果执行了一次 `read` 方法，读取了所有内容，那么再次调用 `read` 方法，还能够获得到内容吗？\n",
    "\n",
    "**答案**\n",
    "\n",
    "* 不能\n",
    "* 第一次读取之后，文件指针移动到了文件末尾，再次调用不会读取到任何的内容\n",
    "\n",
    "### 2.4 打开文件的方式\n",
    "\n",
    "* `open` 函数默认以 **只读方式** 打开文件，并且返回文件对象\n",
    "\n",
    "语法如下：\n",
    "\n",
    "```python\n",
    "f = open(\"文件名\", \"访问方式\")\n",
    "```\n",
    "\n",
    "| 访问方式 | 说明 |\n",
    "| :---: | --- |\n",
    "| r | 以**只读**方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头，这是**默认模式**。如果文件不存在，抛出异常 |\n",
    "| w | 以**只写**方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在，创建新文件 |\n",
    "| a | 以**追加**方式打开文件。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在，创建新文件进行写入 |\n",
    "| r+ | 以**读写**方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头。如果文件不存在，抛出异常 |\n",
    "| w+ | 以**读写**方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在，创建新文件 |\n",
    "| a+ | 以**读写**方式打开文件。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在，创建新文件进行写入 |\n",
    "\n",
    "**提示**\n",
    "\n",
    "* 频繁的移动文件指针，**会影响文件的读写效率**，开发中更多的时候会以 **只读**、**只写** 的方式来操作文件\n",
    "\n",
    "**写入文件示例**"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 4,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "# 打开文件\n",
    "f = open(\"README\", \"w\")\n",
    "\n",
    "f.write(\"hello python！\\n\")\n",
    "f.write(\"今天天气真好\")\n",
    "f.write(\"\"\"hello python！\n",
    "今天天气真好\"\"\")\n",
    "# 关闭文件\n",
    "f.close()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### 2.5 按行读取文件内容\n",
    "\n",
    "* `read` 方法默认会把文件的 **所有内容** **一次性读取到内存**\n",
    "* 如果文件太大，对内存的占用会非常严重\n",
    "\n",
    "#### `readline` 方法\n",
    "\n",
    "* `readline` 方法可以一次读取一行内容\n",
    "* 方法执行后，会把 **文件指针** 移动到下一行，准备再次读取\n",
    "\n",
    "**读取大文件的正确姿势**\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 5,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "hello python！\n",
      "今天天气真好hello python！\n",
      "今天天气真好"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "# 打开文件\n",
    "file = open(\"README\")\n",
    "\n",
    "while True:\n",
    "    # 读取一行内容\n",
    "    text = file.readline()\n",
    "\n",
    "    # 判断是否读到内容\n",
    "    if not text:\n",
    "        break\n",
    "\n",
    "    # 每读取一行的末尾已经有了一个 `\\n`\n",
    "    print(text, end=\"\")\n",
    "\n",
    "# 关闭文件\n",
    "file.close()\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### 2.6 文件读写案例 —— 复制文件\n",
    "\n",
    "**目标**\n",
    "\n",
    "用代码的方式，来实现文件复制过程\n",
    "\n",
    "![025_复制文件-w441](./res/025_%E5%A4%8D%E5%88%B6%E6%96%87%E4%BB%B6.png)\n",
    "\n",
    "\n",
    "#### 小文件复制\n",
    "\n",
    "* 打开一个已有文件，读取完整内容，并写入到另外一个文件\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 6,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "# 1. 打开文件\n",
    "file_read = open(\"README\")\n",
    "file_write = open(\"README[复件]\", \"w\")\n",
    "\n",
    "# 2. 读取并写入文件\n",
    "text = file_read.read()\n",
    "file_write.write(text)\n",
    "\n",
    "# 3. 关闭文件\n",
    "file_read.close()\n",
    "file_write.close()\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "#### 大文件复制\n",
    "\n",
    "* 打开一个已有文件，逐行读取内容，并顺序写入到另外一个文件\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 7,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "# 1. 打开文件\n",
    "file_read = open(\"README\")\n",
    "file_write = open(\"README[复件]\", \"w\")\n",
    "\n",
    "# 2. 读取并写入文件\n",
    "while True:\n",
    "    # 每次读取一行\n",
    "    text = file_read.readline()\n",
    "\n",
    "    # 判断是否读取到内容\n",
    "    if not text:\n",
    "        break\n",
    "\n",
    "    file_write.write(text)\n",
    "\n",
    "# 3. 关闭文件\n",
    "file_read.close()\n",
    "file_write.close()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## 03. 文件/目录的常用管理操作\n",
    "\n",
    "* 在 **终端** / **文件浏览器**、 中可以执行常规的 **文件** / **目录** 管理操作，例如：\n",
    "    * 创建、重命名、删除、改变路径、查看目录内容、……\n",
    "* 在 `Python` 中，如果希望通过程序实现上述功能，需要导入 `os` 模块\n",
    "\n",
    "### 文件操作\n",
    "\n",
    "| 序号 | 方法名 | 说明 | 示例 |\n",
    "| --- | --- | --- | --- |\n",
    "| 01 | rename | 重命名文件 | `os.rename(源文件名, 目标文件名)` |\n",
    "| 02 | remove | 删除文件 | `os.remove(文件名)` |\n",
    "\n",
    "### 目录操作\n",
    "\n",
    "| 序号 | 方法名 | 说明 | 示例 |\n",
    "| --- | --- | --- | --- |\n",
    "| 01 | listdir | 目录列表 | `os.listdir(目录名)` |\n",
    "| 02 | mkdir | 创建目录 | `os.mkdir(目录名)` |\n",
    "| 03 | rmdir | 删除目录 | `os.rmdir(目录名)` |\n",
    "| 04 | getcwd | 获取当前目录 | `os.getcwd()` |\n",
    "| 05 | chdir | 修改工作目录 | `os.chdir(目标目录)` |\n",
    "| 06 | path.isdir | 判断是否是文件 | `os.path.isdir(文件路径)` |\n",
    "\n",
    "> 提示：文件或者目录操作都支持 **相对路径** 和 **绝对路径**\n",
    "\n",
    "## 04. 文本文件的编码格式（科普）\n",
    "\n",
    "* 文本文件存储的内容是基于 **字符编码** 的文件，常见的编码有 `ASCII` 编码，`UNICODE` 编码等\n",
    "\n",
    "> Python 2.x 默认使用 `ASCII` 编码格式\n",
    "> Python 3.x 默认使用 `UTF-8` 编码格式\n",
    "\n",
    "### 4.1 ASCII 编码和 UNICODE 编码\n",
    "\n",
    "#### `ASCII` 编码\n",
    "\n",
    "* 计算机中只有 `256` 个 `ASCII` 字符\n",
    "* 一个 `ASCII` 在内存中占用 **1 个字节** 的空间\n",
    "    * `8` 个 `0/1` 的排列组合方式一共有 `256` 种，也就是 `2 ** 8`\n",
    "\n",
    "![001_ASCII编码表1](./res/001_ASCII%E7%BC%96%E7%A0%81%E8%A1%A81.jpg)\n",
    "\n",
    "#### `UTF-8` 编码格式\n",
    "\n",
    "* 计算机中使用 **1~6 个字节** 来表示一个 `UTF-8` 字符，涵盖了 **地球上几乎所有地区的文字**\n",
    "* 大多数汉字会使用 **3 个字节** 表示\n",
    "* `UTF-8` 是 `UNICODE` 编码的一种编码格式\n",
    "\n",
    "### 4.2 Ptyhon 2.x 中如何使用中文\n",
    "\n",
    "> Python 2.x 默认使用 `ASCII` 编码格式\n",
    "> Python 3.x 默认使用 `UTF-8` 编码格式\n",
    "\n",
    "* 在 Python 2.x 文件的 **第一行** 增加以下代码，解释器会以 `utf-8` 编码来处理 python 文件\n",
    "\n",
    "```python\n",
    "# *-* coding:utf8 *-*\n",
    "```\n",
    "\n",
    "> 这方式是官方推荐使用的！\n",
    "\n",
    "* 也可以使用 \n",
    "\n",
    "```python\n",
    "# coding=utf8\n",
    "```\n",
    "\n",
    "#### unicode 字符串\n",
    "\n",
    "* 在 `Python 2.x` 中，即使指定了文件使用 `UTF-8` 的编码格式，但是在遍历字符串时，仍然会 **以字节为单位遍历** 字符串\n",
    "* 要能够 **正确的遍历字符串**，在定义字符串时，需要 **在字符串的引号前**，增加一个小写字母 `u`，告诉解释器这是一个 `unicode` 字符串（使用 `UTF-8` 编码格式的字符串）\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 8,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "你好世界\n",
      "你\n",
      "好\n",
      "世\n",
      "界\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "# *-* coding:utf8 *-*\n",
    "\n",
    "# 在字符串前，增加一个 `u` 表示这个字符串是一个 utf8 字符串\n",
    "hello_str = u\"你好世界\"\n",
    "\n",
    "print(hello_str)\n",
    "\n",
    "for c in hello_str:\n",
    "    print(c)\n"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "Python 3",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "language_info": {
   "codemirror_mode": {
    "name": "ipython",
    "version": 3
   },
   "file_extension": ".py",
   "mimetype": "text/x-python",
   "name": "python",
   "nbconvert_exporter": "python",
   "pygments_lexer": "ipython3",
   "version": "3.7.2"
  },
  "toc": {
   "base_numbering": 1,
   "nav_menu": {},
   "number_sections": true,
   "sideBar": true,
   "skip_h1_title": false,
   "title_cell": "Table of Contents",
   "title_sidebar": "Contents",
   "toc_cell": false,
   "toc_position": {},
   "toc_section_display": true,
   "toc_window_display": false
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 2
}
